餐桌上的主粮

主粮之首——水稻

水稻位列我国三大主粮之首，是重要的粮食作物之一。

自20世纪50年代以来，考古学家在我国长江流域出土的部分新石器时代遗址中陆续发现了水稻遗存，其中河姆渡遗址出土的距今约7000年的水稻更是吸引了全世界的目光。

水稻从植物学角度可分为两个亚种，即粳稻和籼稻。水稻所结子实即稻谷，碾去米糠层即可得到大米。稻谷除可食用外，还可以作为酿酒、制糖的原料，稻壳和稻秆则可作为牲畜的饲料。

我国是世界上第一个成功研发和推广杂交水稻的国家。目前，我国杂交水稻的种植面积约2.55亿亩，占全国水稻种植总面积的一半以上。袁隆平是我国杂交水稻事业的开创者和领导者，为我国粮食安全、农业科学发展、世界粮食供给做出了杰出贡献，被誉为“杂交水稻之父”。杂交水稻技术也被联合国粮农组织列为解决发展中国家粮食短缺问题的首选技术，是中国科技领域自主创新的标志性成就。

图1 水稻（图/新华社 许畅 摄)

确保粮食安全还需坚守耕地红线，聚焦以科技提升耕地亩产量上。我国现有的15亿亩盐碱地是未来极为重要的后备耕地资源，目前全国已签约600万亩盐碱地改造项目，正式启动了海水稻的产业化推广和商业化运营，拟用8～10年时间实现亿亩荒滩变良田的目标。

此外，我国科学家已成功破译控制水稻种子活力的“遗传密码”，这项研究揭示了活性氧清除途径改善水稻种子活力的新机制，为进一步改良作物相关农艺性状提供了有用的靶标。同时，我国已成功实现在植物工厂环境下水稻种植60天左右收获的重要突破，将传统种植环境下120天以上的水稻生长周期缩短了一半，为加速作物育种提供了新的技术途径。

现代化水稻种植技术也是保证水稻产量的关键所在，我国领先的水稻种植技术体现在水稻机械直播和机械化育插秧技术的发展与创新上。水稻直播技术中，机械喷播、机械精量湿润直播、机械旱直播和无人机直播等不同类型的直播技术，突破了地形地貌限制。在机插秧技术中，叠盘育秧和精准稀播技术降低了杂交稻机插育秧的用种量，满足了杂交稻机插秧稀播少本稀植的需求。在水稻侧深施肥技术方面，实现了肥料定位深施，提高了肥料利用率。“插喷同步”封闭除草技术解决了规模化水稻种植带来的除草难题等。

分布最广——小麦

我国栽种小麦的历史可追溯到4000年前，位于新疆孔雀河流域发现的公元前3千纪的无壳六倍体的普通小麦遗存是目前东亚地区早期小麦标本遗存。汉代以后，小麦由北向南普及种植，中原大地也随之开启了“农耕文明”。

小麦是世界上分布最广的粮食作物，是小麦属植物的统称。小麦的颖果是人类的主食之一，将小麦研磨成面粉后可制作面包、馒头、饼干、面条等食物，发酵后可制成酒类或生物质燃料。

图2 邯郸市临漳县小麦测产迎丰收（图/新华社 王晓 摄）

我国是世界上最大的小麦生产国和消费国，中国农业科学院公布的一组数据显示：我国小麦2020年播种面积较2011年减少2700万亩，但产量却增加了1300万吨，这“一减一增”的背后正是科技力量的充分体现。

近年来，我国主要农作物基因组学研究在深度解析基因组结构变异、基因组演变规律及关键农艺性状基因克隆等基础研究领域取得了一系列前瞻性、引领性、原创性重大突破。在小麦领域，完成了小麦染色体级别的D基因组精细图谱的绘制，克隆出小麦太谷核不育基因和抗赤霉病基因，大幅度提高了小麦育种效率。

基因组编辑技术是创制突破性种质资源、加速育种进程的有效手段。我国小麦分子育种团队通过载体元件的优化改造，研发了高效的小麦多基因多靶点编辑技术体系，标志着我国小麦基因编辑效率达到国际领先水平。

近期，我国小麦多基因编辑技术育种研究再次取得突破，实现了冬小麦一代多个优异等位基因聚合，并成功获得无需引入外源基因的小麦新种质。这一高效、通用的多基因编辑体系的建立，将有助于促进小麦分子生物学研究和复杂性状形成的解析，定向创制小麦新种质，实现加速育种进程，为小麦和其他多倍体农作物开展多基因聚合育种提供了重要的技术支撑。

高产作物——玉米

玉米是我国生产面积最大的粮食作物，约占粮食种植总面积的35%，其产量接近全年粮食总产量的40%，对保障国家粮食安全具有举足轻重的作用。

玉米起源于美洲，是全世界总产量最高的粮食作物之一。玉米与水稻、小麦等粮食作物相比，具有很强的耐旱性、耐寒性、耐贫瘠性，环境适应性强。玉米中的维生素含量是稻米、小麦的5～10倍，富含的核黄素能保护眼睛，硒元素能抗氧化，膳食纤维能促进人体的新陈代谢，等等。

2021年，我国粮食进口量达16 454万吨，其中玉米进口量达到2835万吨，同比增长152.2%。玉米有着较高的经济价值，也是畜牧业、养殖业、水产养殖业等的重要饲料来源。2020年下半年以来，在市场和政策的推动之下，我国生猪养殖持续恢复，玉米饲料需求进一步增加。

受品种、耕地、气候、栽培技术、生产方式等综合因素影响，我国玉米单产量较低。近年来，我国新培育了一批丰产、稳产、宜机收籽粒的玉米品种，在鲜食玉米和青贮玉米品种选育上成效显著，进一步呈现出专用化和多样化的良好发展态势。

在前沿基础研究方面，我国科学家先后克隆解析了玉米产量、株型、抗病、耐旱等多个重要性状的关键基因，取得了一系列创新成果，发表的高水平研究论文处于全球第一方阵。在现代育种技术研发方面，在单倍体育种、转基因、基因编辑、全基因组选择等领域某些关键技术有所突破，我国玉米育种的技术得到提升。

近日，我国研究团队在玉米中发现了负责核糖体核糖核酸加工的关键因子，如果玉米中缺乏这个因子，核糖体核糖核酸加工异常，核糖体的数目也大幅减少，种子的生长发育就会受到限制，蛋白质的含量也因合成过程不完整而降低。

图3 玉米丰收晒秋忙（图/新华网）

烤玉米、玉米烙、玉米沙拉……这也许是你眼中玉米应有的样子。但作为一颗有“雄心”的玉米，它还在创造更多可能。用玉米中的淀粉提取的聚乳酸被称为“玉米塑料”，可替代传统石油基塑料和化纤等白色垃圾，对抗击“白色污染”具有重要意义。

粮食“新贵”——马铃薯

我国马铃薯种植面积与产量均居世界首位，随着我国“积极推进马铃薯主食开发”这一战略的推出，马铃薯成为我国继水稻、小麦、玉米后的第四大主粮。

马铃薯有着“营养之王”的美誉，其膳食纤维含量是大米、小米和小麦粉的2～12倍，但热量不及它们的70%，是名副其实的高纤维、低脂肪食物。此外，马铃薯中的钾含量是香蕉的4倍，是精细大米的10～20倍，维生素B1含量是面条的5倍、米饭的10倍，维生素C的含量是苹果的6倍。

我国现已开发300多种马铃薯主食产品，研发出新型多菌种复合发酵剂，有效改善了马铃薯主食产品的口感和风味。新研发的马铃薯主食产品不仅在品种上不断创新，加工工艺也不断改进。

马铃薯主要由水和淀粉组成，其特有的气味主要是由醛、醇等小分子有机物形成。我国一研究团队利用生物反应器将醛、醇等有机小分子加以利用，形成了独特的气味，这为研制马铃薯水、马铃薯果汁饮料奠定了基础。

图4 马铃薯成为农民增收的“金疙瘩”（图/新华网）